PERANCANGAN JARINGAN PIPA TRANSMISI GAS …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20283482-S1057-Makbul Supena.pdf · perencanaan yang matang terhadap kebutuhan atau kapasitas distribusi

UNIVERSITAS INDONESIA

PERANCANGAN JARINGAN PIPA TRANSMISI GAS

DARI LABUHAN MARINGGAI KE MUARA BEKASI

MELALUI JALUR LEPAS PANTAI

SKRIPSI

MAKBUL SUPENA

0806368710

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

DEPOK

JUNI 2011

Perancangan jaringan..., Makbul Supena, FT UI, 2011

UNIVERSITAS INDONESIA

PERANCANGAN JARINGAN PIPA TRANSMISI GAS

DARI LABUHAN MARINGGAI KE MUARA BEKASI

MELALUI JALUR LEPAS PANTAI

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

MAKBUL SUPENA

0806368710

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPOK

JUNI 2011




KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan

rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan

dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Saya

menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa

perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi saya untuk

menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih

kepada:

1. Prof. Dr. Ir. Budiarso, M.Eng, selaku dosen pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam

penyusunan skripsi ini;

2. Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan bantuan dukungan

material dan moral; dan

3. Sahabat yang telah banyak membantu saya dalam menyelesaikan skripsi

ini.

Akhir kata, saya berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala

kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga skripsi ini membawa

manfaat bagi pengembangan ilmu.

Depok, 13 Juni 2011

Penulis



ABSTRAK

Dalam menentukan perhitungan desain jaringan pipa lepas pantai pada tugas akhir ini difokuskan pada beberapa hal, yaitu; perhitungan ukuran diameter dan tebal dinding pipa serta analisa kestabilan jaringan pipa dan tegangan pipa saat pengoperasian. Ukuran diameter pipa akan berpengaruh terhadap laju aliran fluida, kecepatan aliran fluida, dan nilai jatuh tekanan sepanjang saluran pipa. Sedangkan ketebalan dinding pipa sangat dipengaruhi oleh tekanan eksternal (tekanan pada kedalaman laut) tidak hanya diatur berdasarkan tekanan internal (tekanan kerja aliran fluida) dan kualitas material pipa (nilai kekutan luluh material). Analisa kestabilan saluran pipa didasar laut perlu memenuhi dua parameter. Pertama, berat pipa dalam laut (saat pengoperasian) harus diatas gaya hidrodinamis pipa yang diakibatkan oleh gelombang dan arus laut. Kedua, gejala terjadinya vortax shedding dengan memperhitungkan rentang saluran pipa tidak tertumpu. Analisa tegangan pipa saat pengoperasian, memperhitungkan beberapa parameter. Pertama, tegangan tarik maksimum pipa disebabkan kerja fluida harus lebih kecil dari nilai tegangan maksimum izin material pipa. Kedua, kedalaman laut dan kekuatan luluh bahan pipa berpengaruh pada kegagalan struktur pipa, seperti buckling (kempis pada pipa). Ketiga, tegangan tarik maksimum saat melewati gundukan atau palung, agar tidak melebihi tegangan tarik izin bahan. Dari hasil perhitungan diperoleh; ukuran diameter yang dipilih adalah 32 inchi, tebal dinding pipa ideal adalah 0,406 inchi material API 5L X65, berat total pipa saat beroperasi sebesar 2.749,18 N/m yang diperoleh dari tebal dinding pipa anti korosi 3 inchi, tebal lapisan beton 3,94 inchi, tegangan kritis buckling sebesar 926,067 N/m2

, sehingga diperoleh kedalaman laut maksimal agar tidak terjadinya buckling sebesar 92,1 m.

Kata kunci; offshore pipeline design, hydrostatic pressure, stress analysis.



DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .........................................................................................i

LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS …………………………… iii

HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………………. iv

KATA PENGANTAR………………………………………………………... v

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ……………... vi

ABSTRAK.………………………………………………………………….... vii

DAFTAR ISI …………………………………………………………………. ix

DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………... xi

DAFTAR TABEL ……………………………………………………………. xii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiii

I. PENDAHULUAN…………………………………………....................... 1

1.1 Latar Belakang …………………………………………....................... 1

1.2 Ruang Lingkup Permasalahan………………………...…………...….. 3

1.3 Batasan Masalah ………………………………………………...……. 4

1.4 Tujuan Penulisan ...……………….………………………………….... 5

1.5 Metode Penyelesaian …………..…………………………………...… 5

II. TEORI DAN ANALISIS DIMENSI PIPA….…………………………. 7

2.1 Gambaran Umum Jaringan Pipa ……………………………………… 7

2.2 Parameter Desain Dimensi Pipa ………………………………………. 10

2.3 Aliran Dalam Pipa ………………………………………….....……………. 12

2.4 Dimensi Pipa ………………..………………………………………… 15

2.4.1 Diameter ………………………….………………………………… 15

2.4.2 Tebal Dinding Pipa ………………………………….……….…. 16

III. ANALISA KESTABILAN PIPA DAN TEGANGAN PADA PIPA ... 22

3.1 Kestabilan Pipa Bawah Laut ………………………………………..… 22

3.1.1 Pembebanan Lingkungan pada Pipa …………………………… 22

3.1.2 Berat Minimum Pipa …………………………………………… 26

3.1.3 Pusaran Arus …………………………………………………… 28

3.2 Analisis Tegangan Pipa saat Pengoperasian …………….……………. 32


3.2.1 Tegangan Tarik Pipa Akibat Tegangan Kerja Fluida ………….. 33

3.2.2 Analisa Tekuk …………………………………………………. 33

3.2.3 Tegangan Tarik akibat Pengaruh Permukaan Dasar Laut …….. 37

IV. PERHITUNGAN STRUKTURAL SALURAN PIPA ......................... 40

4.1 Parameter Perhitungan …………………………………………..… 40

4.2 Jalur Pipa …………………………………………………………… 41

4.3 Pembagian Zona Rute Pipa ………………………………………… 42

4.3.1 Kedalaman Laut …………………………………………….. 42

4.3.2 Gelombang dan Arus laut …………………………………… 43

4.4 Data yang Diperlukan ………………………………………………. 44

4.5 Hasil Perhitungan …………………………………………………... 45

V. KESIMPULAN …................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................. 56


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Klasifikasi Jaringan Pipa Bawah Laut ……………………… 8

Gambar 2.2 Pipa Seamless ………………………………………………. 8

Gambar 2.3 Pipa Electric Resistance Welded …………………………… 9

Gambar 2.4 Proses Pabrikasi Pipa Pengelasan Spiral …………………… 10

Gambar 3.1 Aliran Hidrodinamik disekitar Pipa ……………………...… 22

Gambar 3.2 Gaya-gaya hidrodinamik pada Pipa ……………………...… 23 Gambar 3.3 Penampang Lapisan Pipa ………………………………....… 27

Gambar 3.4 Ilustrasi Pusaran (Vortex Shedding) disekitar Pipa ………… 29

Gambar 3.5 Grafik variasi Bilangan Strouhal terhadap

Bilangan Reynolds ……………………………………….... 30

Gambar 3.6 Grafik variasi Bilangan Strouhal terhadap

Koefisien Hambat …………………………………………. 31

Gambar 3.7 Macam-macam Buckling Pipa ………………………….…. 34

Gambar 3.8 Ilustrasi Deformasi Pipa melalui Palung ……………….….. 38

Gambar 3.9 Ilustrasi Deformasi Pipa melalui Gundukan ………….…… 39

Gambar 4.1 Peta Lokasi Instalasi Pipa …………………………………... 41

Gambar 4.2 Rute Pipa Berdasarkan Pembagian Zona ……...…………… 42


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Disain Faktor Klasifikasi Lokasi........................................................... 17

Tabel 2.2 Faktor Temperatur Derating.................................................................. 17

Tabel 2.3 Faktor Penyambungan Longitudinal ..................................................... 18

Tabel 2.4 Hubungan Bilangan Reynolds dengan CD, CL, dan CM

Tabel 2.5 Koefisien gesek berdasarkan tipe tanah ................................................ 25

....................... 25

Tabel 4.1 Kasus yang Dianalisis ........................................................................... 59


DAFTAR SINGKATAN & SIMBOL

Singkatan

SMYS specified minimum yield strength [psi]

Simbol-simbol

a Amplitudo gelombang [m]

ap

C Konstanta kondisi pipa -

Konstanta Phillips’ -

CM

D Diameter luar nominal [inch]

Koefisien inersia -

d Kedalaman perairan [m]

E Faktor penyambungan longitudinal -

EI Kekakuan pipa [Nm2

F Faktor klasifikasi lokasi -

]

FD

F

Gaya hambat (drag force) [N]

i

F

Gaya inersia [N]

r

g Percepatan gravitasi [kg.m/s

Gaya tahan lateral [N] 2

g

]

p

H Tinggi Gelombang [m]

Parameter cacat pipa -

I Momen Inersia [m4

k

]

i

L Panjang Gelombang [m]

Hubungan disperse laut dalam -

M Kombinasi massa pipa dan massa tambahan [kg]

Pc

P

Tekanan kritis buckling [psig]

d

P

Disain tekanan internal [psig]

e

P

Tekanan eksternal [psig]

el Batas tekanan eksternal

P

[psig]

p

P’

Tekanan penyebaran [psig]

y

r Radius [mm]

Tekanan leleh material terkoreksi [psig]

S Bilangan Strouhal -


Sy Tegangan leleh pipa [N/m2

T Faktor derating Temperatur -

]

t Waktu [detik]

ta

t

Tebal dinding (wall thickness) yang diijinkan [mm]

nom

T

Tebal dinding nominal [mm]

a

T

Aksial tension [kg]

y

U

Yield tension [kg]

e

v Viskositas kinematik -

Kecepatan efektif partikel air [m/s]

W Berat total pipa dalam air [kg]

x Perambatan Panjang Gelombang [m]

Simbol-simbol Dengan Huruf Yunani

α Sudut fasa [radian]

γ Parameter puncak JONSWAP -

εb

ε

Regangan tekuk -

B

𝛿𝛿0 Insial diameter [mm]

Regangan tekuk akibat gagal buckling -

ω Frekuensi angular [rad/s]

ωp

∆ω Selisish konstanta antara frekuensi suksesif -

Frekuensi angular puncak spectral [rad/s]

σ Parameter lebar spectral -

θ Sudut kemiringan permukaan dasar laut [deg]

μ Koefisien Gesek -

𝑣𝑣 Poisson’s ratio -


BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Perkembangan metode desain sistem pemipaan akan terus berkembang untuk

mendapatkan kehandalan dan efisiensi dalam konstruksi. Kendala teknis

berdasarkan temuan kondisi dilapangan yang tidak mudah disebabkan oleh

faktor geografi dan tantangan alam lainnya menuntut para engineer untuk

terus mengembangkan kemampuan mendesain sebuah sistem yang handal dan

efisien.

Khusus untuk konstruksi jalur pipa bawah laut, memiliki tantangan yang tidak

sederhana. Banyak faktor yang perlu diperhitungkan terutama menghadapi

situasi lingkungan/alam yang dewasa ini tidak menentu. Berbagai hal ekstrim

terkait faktor lingkungan menjadi kendala yang memerlukan perhitungan

komprehensif karena selain menuntut kehandalan, instalasi jalur pipa bawah

laut menelan biaya yang sangat besar. Oleh karena itu berbagai pemikiran dan

inovasi perlu terus dikembangkan guna memperoleh suatu instalasi jaringan

pipa bawah laut yang handal sekaligus efisien.

Mengenai perhitungan nilai kapasitas atau pembebanan yang diperlukan oleh

suatu jaringan pipa untuk mendistribusikan suatu produk memerlukan

perencanaan yang matang terhadap kebutuhan atau kapasitas distribusi untuk

jangka waktu yang panjang.[1]

Pada mulanya instalasi pipa lepas pantai bawah laut hanya berada pada laut

dangkal. Kedalaman sekitar 100 meter pun sudah dianggap dalam. Teknologi

yang terus berkembang telah menghadirkan jaringan pipa bawah laut pada

kedalaman lebih dari 2000 meter, bahkan proyek pipa gas terdalam yang


pernah dibuat pada tahun 1995 berada pada kedalaman 3500 meter yang

menghubungkan Oman dan India. [2]

Perkembangan sistem jaringan pipa bawah laut di Indonesia saat ini akan

berhadapan dengan kondisi instalasi pada laut dalam. Sebagai contohnya

adalah Seno Barat Field (60 km Timur Kalimantan, di Selat Makassar) yang

terletak di kedalaman air sekitar 1.000 meter adalah instalasi pipa bawah laut

terdalam di Indonesia pada tahun 2004, dan terus akan menyusul proyek

instalasi lainnya pada kedalaman yang lebih besar. Hal ini tentunya akan

menimbulkan masalah desain yang berbeda dan lebih kompleks jika

dibandingkan instalasi jaringan pipa laut dangkal.

Kondisi desain untuk laut dangkal menjadi kondisi desain laut dalam

memerlukan beberapa perhitungan parameter tertentu, diantaranya external

pressure, material grade, fatigue dan geo-hazards. Disamping itu, proses

instalasi, kondisi operasi dan aspek pemiharaan perlu diperhitungkan

berkenaan dengan penambahan kedalaman laut yang sangat signifikan.

Ketika pipa diletakan pada laut yang lebih dalam, hal dominan yang sangat

berpengaruh adalah tekanan eksternal (external pressure), sehingga ketebalan

dinding pipa (wall tickness) tidak hanya diatur berdasarkan pressure

containment (tekanan internal pipa).

Masalah yang sering dihadapi pada instalasi pipa bawah laut dalam adalah

terjadinya tekukan lokal, yang terdiri dari bengkok dan kempis, sehingga

sangat perlu diperhitungkan dalam desain. Sebagai konsekuensi dari hal

tersebut adalah perlunya penambahan ketebalan dinding pipa secara

signifikan.

Cara lain yang dapat dipilih untuk mengurangi ketebalan dinding pipa adalah

dengan peningkatan kualitas material pipa dan dilakukannya penambahan

proses pada pabrikasi.

Tugas akhir ini akan membahas mengenai parameter-parameter penting yang

mempengaruhi perhitungan desain ketebalan dinding (wall thickness) pipa


bawah laut yang menghubungkan Sumatera bagian Selatan dengan ujung barat

Pulau Jawa.

Hal yang paling jelas dan berpengaruh pada kondisi jaringan pipa bawah laut

pada perairan dalam adalah tekanan eksternal air pada pipa. Pada proses

instalasi, pipa dalam keadaan kosong, tekanan eksternal akan memberikan

dampak beban tekanan yang besar pada pipa sehingga dapat mengakibatkan

terjadinya failure. Bahkan dalam operasional pun tekanan eksternal akan lebih

besar dari tekanan internal. Untuk menghindari failure, perlu dipertimbangkan

bukan hanya desain tebal dinding pipa (wall tickness), tetapi juga analisa on-

bottom stress.

1.2.Ruang Lingkup Permasalahan

Dalam studi ini akan dipelajari analisis desain jalur pipa bawah laut pada

perairan untuk dua hal:

A. Perhitungan ketebalan dinding pipa (wall tickness), berdasarkan;

1. Desain ideal untuk menahan tekanan internal

Menghitung tekanan pada pipa yang terjadi secara internal untuk

kemudian menentukan nilai minimum ketebalan dinding pipa (wall

tickness) yang disyaratkan untuk menghindari terjadinya failure.

Tekanan total akan maksimal pada kondisi kedalam perairan nol (desain

pipa untuk perairan dangkal), dimana tekanan eksternal sama dengan

nol.

2. Desain untuk menahan tekanan eksternal.

Selain memperhitungkan tekanan internal, desain jaringan pipa bawah

laut perlu memperhitungkan nilai tekanan eksternal yang bekerja pada

pipa untuk menghindari terjadinya kegagalan dan penyebaran buckle

ketika pipa diletakan pada kedalaman laut tertentu.

Sehingga diperoleh nilai ketebalan dinding pipa yang optimal dalam

menghindari terjadinya kegagalan tersebut.

3. Desain untuk menjaga kestabilan pipa.

Jaringan pipa bawah laut perlu memperhitungkan gaya hidrodinamis


yang bekerja pada pipa akibat gelombang dan arus bawah laut. Berat

minimum pipa dan besar rentang pipa tak tertumpu perlu

diperhitungkan untuk menghasilkan kestabilan pipa dan mencegah

terjadinya kegagalan.

B. Pemilihan Material (material properties)

Sehingga diperoleh dimensi pipa yang paling efisien untuk menjamin

kehandalan dan keekonomian dari instalasi jalur pipa tersebut selama masa

konstruksi dan operasional nantinya.

Beberapa rumusan yang digunakan sebagai analisa desain mekanikal

untuk jaringan pipa lepas pantai adalah sebagai berikut:

- ASME B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping Systems

- EN 14161 Petroleum and Natural Gas Industries – Pipeline

Transportation Systems

- API RP1111 Design, Construction, Operation, and Maintenance of

Offshore Hydrocarbon Pipelines (Limit State Design)

- DNV OS-F101 Submarine Pipeline Systems

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dan penggunaan asumsi dalam perhitungan jalur pipa

transmisi gas Labuhan Maringgai–Muara Tawar melalui jalur lepas pantai,

adalah sebagai berikut:

1 Saluran pipa gas merupakan pipa transmisi jenis trunk lines/export pileline

yang menghubungkan Sumatera Selatan - Jawa Barat dengan landing

point Muara Tawar Gas Plant, Jawa Barat.

2 Seluruh data yang akan dianalisis sudah diketahui terlebih dahulu (kondisi

lingkungan laut, flow assurance, termasuk jalur pipa), sehingga

pembahasan akan terfokus pada perhitungan dimensi (diameter dan tebal

dinding) untuk memperoleh kondisi batas operasional pipeline (stabilitas

jaringan pipa dan analisa kegagalan) yang ideal.


3 Material Pipa yang akan dianalisis adalah jenis Carbon Steel, karena

material jenis ini di Indonesia memiliki sifat mudah dikerjakan

(workability) yang baik, mudah diperoleh, dan harganya relatif lebih

murah.

4 Perhitungan tidak dilakukan terhadap proses instalasi jaringan pipa.

5 Gaya hidrodinamik akibat arus diperhitungkan berdasarkan pada

gelombang dan kecepatan arus maksimal dari data yang diperoleh

berdasarkan hasil survey.

6 Analisis kegagalan hanya menghitung tegangan maksimum yang terjadi

terhadap pipa yang telah disambung dan telah dilapisi beton, sehingga

tegangan pada sambungan bernilai sangat kecil dan diabaikan.

1.4. Tujuan Penulisan

Tugas akhir ini bertujuan:

1. Menghitung secara teknis kondisi operasional yang aman atau ideal

berdasarkan pemilihan dimensi pipa (diameter dan tebal dinding).

2. Membandingkan dan memilih hasil perhitungan teknis yang bernilai

paling maksimal, untuk kemudian dibahas terpisah mengenai aspek

kelayakan ekonomi.

1.5. Metode Penyelesaian

Metode yang digunakan dalam analisis ini adalah studi literatur. Sebagai

acuan dalam melakukan pembahasan masalah dalam tugas akhir ini

diterangkan dalam diagram alir berikut ini:


Diagram Alir Perancangan jalur Pemipaan

Sumber: Pipeline Design & Installation Analysis Flow Chart, PT.OSI 2009


BAB II

TEORI DAN ANALISIS DIMENSI PIPA

2.1. Gambaran Umum Jaringan Pipa

Teknologi jaringan pipa, khususnya jaringan pipa lepas pantai, ikut

berkembang sejalan dengan teknologi pertambangan lepas pantai. Dimana

manusia dapat membangun terminal produksi, sehingga prosesnya dapat

langsung berjalan dilapangan. Untuk itu dibutuhkan jaringan pipe yang

dibentangkan antara sumur ke fasilitas produksi, atau dari fasilitas platform

produksi yang satu ke fasilitas platform produksi lainnya, dan bahkan

dialirkan ke darat dari fasilitas produksi lepas pantai. Hal ini membuat

jaringan pipa lepas pantai diklasifikasikan dalam beberapa kriteria:

– Intrafield Line, adalah sebuah jaringan pipa yang menghubungkan antara

platform dan subsea manifold. Jaringan pipa ini beroperasi pada tekanan

reservoir, atau dengan kata lain tidak ada tambahan tekanan dari pompa

atau kompresor.

– Gathering Lines, yaitu jaringan pipa yang menghubungkan antara

platform (multiwell) dengan platform yang lainnya dan biasanya fluida

dialirkan menuju dimensi pipa yang lebih besar. Jaringan pipa ini dapat

berupa gabungan minyak, gas, kondensat, atau aliran dua fase. Jaringan

pipa dengan klasifikasi ini biasanya bekerja pada tekanan 1000-1400 psi

yang dihasilkan dari tekanan pompa atau kompresor yang dipasang pada

platform.

– Trunk Line/Export Pipeline, merupakan jaringan pipa yang menangani

kombinasi aliran dari satu atau banyak platform ke darat.

– Loading Line, adalah pipeline yang fungsinya memuat atau

mengosongkan dari platform ke fasilitas produksi. Diameter yang

digunakan bisa besar atau kecil, dan hanya memuat liquid saja. [3]


Gambar 2.1 Klasifikasi Jaringan Pipa bawah Laut

Adapun tipe pipa yang digunakan untuk pipeline adalah:

1. Seamless pipe

Adalah jenis pipa yang dibuat dari besi bulat pejal yang dibentuk

sedemikian rupa sehingga menjadi bentuk pipa. Pipa jenis ini memiliki

dimensi diameter luar 1/8 inchi hingga 26 inchi.

Gambar 2.2 Pipa Seamless

Expansion Tie-in Spool

Crossing Pipeline

Export Pipeline

Intrafield Line

Subsea Manifold

Infield Flowline

Satelite Subsea Well

To Shore


2. Submerged arc Weld (SAW)

Adalah pipa yang dibentuk dari plat datar kemudian dibengkokan

sehingga menjadi bentuk pipa dengan bantuan pipe mill. Kemudian di

sambung dengan metode subfmerged arc weld, sehingga terlindung dari

udara luar.

3. Electric Resistance Welded (ERW)

Adalah pipa yang dibentuk dari plat datar yang dihubungkan dengan

pengelasan butt weld dengan induksi frekuensi tinggi.

Gambar 2.3 Pipa Electric Resistance Welded

4. Spiral Weld

Pipa dengan spiral weld jarang sekali dipakai dalam industri minyak dan

gas, karena sampai sekarang masih sulit menemukan metode

pabrikasinya agar dapat menjamin keakuratan dimensi pipa tersebut. [4]


Gambar 2.4 Proses Pabrikasi Pipa Pengelasan Spiral

Biasanya tipe jaringan pipa yang digunakan adalah tipe Seamless atau

Submerged Arc Welded (SAW). Hanya saja pipa tipe Seamless ini

biasanya digunakan untuk diameter 12 inch ke bawah. Sedangkan

penggunaan pipa tipe ERW membutuhkan inspeksi khusus seperti full

body ultrasonic test. Selain itu pipa tipe spiral tidak biasa digunakan

untuk industry migas, dan hanya digunakan pada jaringan-jaringan yang

bertekanan rendah seperti air bertekanan rendah. [5]

2.2. Parameter Desain Dimensi Pipa

Seorang engineer penting untuk memahami lingkungan yang seperti apa

yang akan dihadapi jaringan pipa tersebut selama diinstal dan dioperasikan.

Seberapa dalamkah jaringan pipa tersebut dipasang nantinya, seberapa besar

gelombang yang akan terjadi selama pipeline tersebut beroperasi. Dan

semua parameter di atas berefek pada disain mekanikal pada sistem pipeline

yang akan dirancang.

Adapun data-data yang dibutuhkan:

i. Performa Reservoir

Bagaimana performa reservoir selama umur ladang tersebut memiliki

pengaruh pada pipeline yang akan didisain dan dioperasikan nantinya.


http://www.danieli.com/var/danieli/storage/images/danieli/technology/latest-technological-achievements/flat-product-casting-hot-cold-rolling-strip-processing/two-stage-spiral-pipe-welding-process2/1/5085-1-eng-GB/1.jpg�

Karena berbeda debit aliran gas dan liquid yang dialirkan akan

berpengaruh terhadap kelakuan aliran di dalam pipeline itu sendiri.

a. Tekanan & Temperatur Reservoir

Tekanan dan temperatur reservoir berpengaruh terhadap disain pipeline

selama operasi nantinya. Tekanan reservoir akan berpengaruh

langsung terhadap tekanan wellhead, sehingga tekanan operasi akan

naik/turun mengikuti tekanan reservoir.

Sedangkan temperatur reservoir juga mempunyai efek terhadap bahan

yang akan digunakan sebagai pipeline yang akan digunakan nantinya.

Semakin tinggi temperaturnya, maka menuntut material yang sesuai

dengan temperature tersebut. Akhirnya biaya yang digunakan semakin

besar.

b. Formasi Reservoir

Formasi reservoir berpengaruh terhadap berapa banyak pasir yang

terbawa selama operasi jaringan pipa tesebut.

c. Profil Produksi

Profil produksi juga ikut berpengaruh, masalahnya air juga akan

tercipta selama operasional jaringan pipa karena umur sumur. Mungkin

pada awal umur sumur air yang terbawa akan sedikit sekali, namun

seiring bertambah usia sumur dan metode penggunaan air untuk

mendorong isi reservoir pada sumur yang sudah tua, akan

mempengaruhi jumlah air yang mengalir dalam jaringan pipa.

ii. Komposisi Fluida & Air

Komposisi fluida dan air mempengaruhi umur pipeline. Karena keduanya

menyebabkan korosi di dalam pipeline akibat pengaruh kandungan CO2

dan H2S. sehingga perlu metode pencegahan, baik dengan penambahan

Corrosion Resistance Alloy dalam material pipeline atau dengan

menyuntikan cairan kimia corrosion inhibitor.

iii. Properti PVT Fluida

Kelakuan PVT fluida yang mengalir di dalam jaringan pipa sangat

berpengaruh terhadap dimensi pipa. Karena kelakuan fluida compressible

akan sangat berbeda dengan kelakuan fluida incompressible. Pada fluida


yang compressible hanya membutuhkan sedikit kenaikan temperatur T

untuk menaikan tekanan P secara signifikan.

iv. Data Periode Gelombang Laut

Data periode gelombang laut digunakan oleh engineer untuk

meramalkan gelombang puncak yang akan terjadi selama jaringan pipa

tersebut beroperasi. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah jaringan pipa

bergetar yang mengakibatkan kegagalan pipa (retak) akibat kelelahan

(fatigue) material oleh gelombang laut.

v. Data Bathymetri/Data Survey Geometri

Data survey geoteknik menyediakan data-data penting mengenai kondisi

dasar laut yang akan berpengaruh terhadap disain dan operasional

nantinya. Pengaruh data ini sangat luas, diantaranya adalah:

• Menjadi dasar bagi engineer untuk menentukan rute jaringan pipa yang akan dibuat.

• Membantu pipeline engineer dalam menentukan kapan jaringan pipa tersebut tetap pada jalurnya atau harus dibuatkan belokan akibat cacat laut (seabed pockmark) yang terlalu besar sehingga akan mempengaruhi aliran fluida dalam pipa.

• Menyediakan informasi penting seberapa banyak palung dan punggungan di permukaan dasar laut yang akan dilalui oleh jaringan pipa.

• Data tersebut juga menyediakan informasi data macam-macam lapisan dasar laut, sehingga engineer dapat meramalkan apakah pipa tersebut terbenam atau hanya menumpu pada permukaan laut.

2.3. Aliran Dalam Pipa

A. Faktor kompresibilitas (Compressibility factor)

Konsep dari faktor kompresibilitas atau faktor penyimpangan gas adalah

suatu ukuran kedekatan (kemiripan) antara kondisi gas nyata (real gas)

dengan kondisi gas ideal. Faktor kompresibilitas (Z) adalah suatu angka

tidak berdimensi dengan nilai maksimal 1. Suatu nilai yang tidak

bergantung pada kuantitas gas, tetapi tergantung pada parameter grafity

(G), temperature dan tekanan gas.


Tersedia suatu grafik yang menggambarkan variasi nilai Z terhadap

temperatur dan tekanan.

Nilai Z dapat pula dihitung dengan menggunakan beberapa metode

diantaranya metode California Natural Gas Assiciation (CNGA).

Metode tersbut merupakan salah satu persamaan yang paling mudah

untuk menghitung faktor kompresibilitas berdasarkan data grafity (G),

temperature dan tekanan gas.

𝑍𝑍 = 11+𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (344,400)101.785𝐺𝐺/𝑇𝑇𝑓𝑓

3.825 …………………………..……….…… 2.1

𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 23�𝑃𝑃1 + 𝑃𝑃2 −

𝑃𝑃1𝑃𝑃2𝑃𝑃1+𝑃𝑃2

�………………………………...……….. 2.2

Persamaan tersebut hanya berlaku untuk tekanan gas 𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 > 100 psia,

jika 𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 < 100 psia maka nilai Z diasumsikan 1.

B. Faktor Friksi

Tahanan dari suatu fluida yang bersinggungan antara fluida dan

penampangnya (pipa) dikenal dengan istilah faktor friksi. Dalam

mekanika fluida, terdapat dua jenis faktor friksi; Fanning friction factor

dan Darcy-Weisbach factor, atau biasa disebut Moody friction factor.

Kedua faktor tersebut memiliki hubungan, dimana Darcy factor

memiliki nilai empat kali lebih besar dibanding Fanning factor.

Pada umumnya Fanning factor digunakan dibidang kimia, sedangkan

enginering dibidang sipil dan mekanikal menggunakan Darcy factor.

Untuk aliran laminar dengan Re < 2000, faktor friksi dapat dihitung:

𝑓𝑓 = 64𝑅𝑅𝑅𝑅

…………………………………………………………..…… 2.3

Faktor friksi untuk aliran laminer hanya tergantung kepada bilangan

Reynolds, sedangkan untuk aliran turbulen selain bilangan Reynolds >

4000, perlu juga memperhitungkan besar diameter dan kekasaran

permukaan pipa.

Untuk aliran turbulen, faktor friksi dapat dihitung dengan menggunakan

2 persamaan; Colebrook-White equation atau AGA equation.

Modified Colebrook-White equation


1�𝑓𝑓

= −2𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎10 �𝑅𝑅

3.7𝑑𝑑+ 2.825

𝑅𝑅𝑅𝑅�𝑓𝑓�…………………………..……………. 2.4

𝐹𝐹 = −4𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎10 �𝑅𝑅

3.7𝑑𝑑+ 1.4125𝐹𝐹

𝑅𝑅𝑅𝑅�……………………………….……... 2.5

Dimana:

𝐹𝐹 = 2. 1�𝑓𝑓

…………………………………………………………..… 2.6

American Gas Association (AGA) NB-13

Untuk aliran turbulen penuh:

𝐹𝐹 = 4𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎10 �3.7𝑑𝑑𝑅𝑅�………………………………………….……….. 2.7

Untuk aliran transisi laminar ke turbulen:

𝐹𝐹 = 4𝐷𝐷𝑓𝑓𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎10 �𝑅𝑅𝑅𝑅

1.4125𝐹𝐹𝑡𝑡�…………………………………..………… 2.8

dimana:

𝐹𝐹𝑡𝑡 = 4𝑙𝑙𝑙𝑙𝑎𝑎10 �𝑅𝑅𝑅𝑅𝐹𝐹𝑡𝑡� − 0.6………………………………………..……. 2.9

Sistem perpipaan tidak hanya terdiri atas pipa, namun juga terdapat

berbagai instrumen lainnya seperti fitting. Efek dari fitting ini seperti

adanya valve, elbow dan lain-lain pada jalur pipa perlu diperhatikan

karena kehadiran komponen-komponen tersebut akan menyebabkan

kehilangan energi akibat adanya friksi (fitting losses) bertambah besar,

namun bernilai sangat kecil karena komponen atau instrument

pendukung tersebut berjumlah sangat sedikit pada jaringan pipa bawah

laut sehingga dalam perhitungan ini diabaikan.

Hubungan antara penurunan tekanan fluida dengan faktor friksi,

kecepatan fluida, panjang pipa dan diameter pipa dinyatakan sebagai

berikut :

𝑃𝑃12 − 𝑃𝑃2

2 = � 𝑄𝑄

77.54 1�𝑓𝑓

𝑇𝑇𝑏𝑏𝑃𝑃𝑏𝑏𝑑𝑑2.5

2�𝐺𝐺𝑇𝑇𝑓𝑓𝐿𝐿𝑅𝑅𝑍𝑍………………………..………. 2.10

Dalam sistem perpipaan gas dikenal istilah kecepatan gas (Us) dan

kecepatan erosional (Ue) dari gas yang mengalir didalam pipa.

Berdasarkan litetur kecepatan gas didalam pipa harus lebih kecil dari

kecepatan erosional gas tersebut. Hal ini dikarenakan jika kecepatan gas


berada diatas kecepatan erosional maka akan terjadi vibrasi dan erosi

terhadap pipa, sehingga usia dari pipa akan secara significant berkurang.

Syarat ASME B.31 menyatakan bahwa kecepatan gas dalam aliran pipa

harus berada dibawah 30,84 m/s. Dari hasil yang diperoleh kecepatan

gas dari rancangan yaitu 21,37 m/s. Sehingga disimpulkan kecepatan

aliran gas didalam pipa memenuhi aturan ASME B.31 dan persyaratan

dengan menggunakan batasan kecepatan erosional. [6]

Perhitungan kecepatan gas

𝑼𝑼𝒇𝒇 = (2.653. 10−3) 𝑄𝑄𝑏𝑏𝑇𝑇𝑃𝑃𝑏𝑏𝑍𝑍𝑑𝑑2(𝑃𝑃+𝑃𝑃𝑏𝑏)𝑇𝑇𝑏𝑏𝑍𝑍𝑏𝑏

…………………...….…………… 2.11

Perhitungan kecepatan erosional

𝑈𝑈𝑅𝑅 = 100

�29 𝐺𝐺 𝑃𝑃𝑍𝑍 𝑅𝑅 𝑇𝑇

…………………………………………………………. 2.12

2.4. Dimensi Pipa

2.4.1 Diameter

Persamaan aliran umum disebut juga sebagai persamaan aliran dasar,

yang berhubungan dengan laju aliran, properti gas, ukuran pipa,

temperatur aliran, tekanan aliran dari up stream hingga down stream,

kekasaran dalam pipa yang digunakan untuk menghitung faktor friksi

maupun faktor transmisi, maupun ukuran diameter dari suatu jaringan

pipa yang sangat menentukan nilai jatuh tekanan (pressure drop) dari

suatu aliaran fluida.

𝑄𝑄 = 38.77𝐹𝐹 𝑇𝑇𝑏𝑏𝑃𝑃𝑏𝑏�𝑃𝑃1

2−𝑃𝑃22

𝐺𝐺𝑇𝑇𝑓𝑓𝐿𝐿𝑍𝑍�

0.5𝑑𝑑2.5…………………………………... 2.13

Panjang saluran yang dipengaruhi oleh beda ketinggian pipa akan

mempengaruhi persamaan aliran umum diatas. Pengaruh beda

ketinggian antara up stream dan down stream dari setiap ruas pipa

diperhitungkan dengan memodifikasi panjang pipa untuk setiap ruas

dalam rentang P12 – P2

2. Jika ketinggian dari up stream pipe adalah H1

dan down stream adalah H2, panjang ruas pipa L diganti dengan

panjang ekivalen [Le], seperti persamaan dibawah ini:


𝐿𝐿𝑅𝑅 = 𝐿𝐿(𝑅𝑅𝑠𝑠−1)𝑠𝑠

……………………………………………….……… 2.14

Persamaan ini berlaku jika hanya terjadi satu bagian lengkungan (beda

ketinggian) antara titik 1 (upstream) dan titik 2 (downstream).

Faktor koreksi terhadap ketinggian nondimensional (s) bergantung

pada beda ketinggian H2 – H1 dn dapat dihitung seperti dibawah ini:

𝑠𝑠 = 0.0375𝐺𝐺(𝐻𝐻2−𝐻𝐻1)𝑇𝑇𝑓𝑓𝑍𝑍

……………………………………………….. 2.15

Jika terjadi bagian lekukan secara seri, perlu didefinisikan suatu

parameter j untuk setiap lengkungan (beda ketinggian) setiap ruas

pipa, sebagai berikut:

𝑗𝑗 = 𝑅𝑅𝑠𝑠−1𝑠𝑠

………………………………………………………….. 2.15

Panjang ekivalen dapat dihitung sebagai berikut:

𝐿𝐿𝑅𝑅 = 𝑗𝑗1𝐿𝐿1 + 𝑗𝑗2𝐿𝐿2𝑠𝑠1 + 𝑗𝑗3𝐿𝐿3

𝑠𝑠2 + ⋯……………………….………….. 2.16

Setelah memperhitungkan koreksi dari ketinggian, persamaan aliran

umum dapat dibentuk untuk memperoleh besar diameter jaringan pipa

didasarkan pada kapasitas aliran (debit) yang diharapkan tersedia

sewaktu umur operasi jaringan pipa tersebut, melalui persamaan

dibawah ini:

𝐷𝐷 = � 𝑄𝑄

38.77𝐹𝐹𝑇𝑇𝑏𝑏𝑃𝑃𝑏𝑏�𝑃𝑃1

2−𝑃𝑃22

𝐺𝐺𝑇𝑇𝑓𝑓𝐿𝐿𝑍𝑍�

0.5�

12.5

………………….………...………. 2.17

2.4.2 Tebal Dinding Pipa

Hasil desain dimensi pipa dalam jaringan selain dari penentuan

diameter adalah wall thickness (tebal dinding), dan material yang

akan digunakan nantinya. Hal ini mendorong kebutuhan akan analisis

menyeluruh flow assurance yang merupakan keadaan terburuk yang

diramalkan akan terjadi selama periode operasi.

Penentuan ketebalan dinding (wall thickness) didasarkan pada tekanan

internal dan tekanan hidrostatik lingkungan dimana


jaringan itu dipasang. Penambahan wall thickness akan sangat

membantu kestabilan jaringan pipa didasar laut.

Prosedur yang digunakan untuk memprediksi wall thickness adalah

sebagai berikut:

1. Langkah 1, menghitung wall thickness minimum yang diperlukan untuk desain tekanan internal.

2. Langkah 2, menghitung wall thickness minimum yang diperlukan untuk penambahan tekanan eksternal.

3. Langkah 3, Penambahan wall thickness untuk korosi.

4. Langkah 4, Memilih tebal dinding nominal tertinggi. Dalam kasus tertentu, mungkin diinginkan untuk memesan wall thickness non-standar.

5. Langkah 5, Mengecek pemilihan wall thickness untuk kondisi hidrostatis.

Berdasarkan peraturan desain:

a. Disain Pipeline Untuk Ketahanan Terhadap Tekanan Internal

Menurut ASME B.31.8, wall thickness nominal pipeline

dihitung dengan rumus:

𝑡𝑡𝑛𝑛𝑙𝑙𝑛𝑛 = 𝑃𝑃𝑑𝑑𝐷𝐷2𝑆𝑆𝑦𝑦𝐹𝐹𝐹𝐹𝑇𝑇

+ 𝑡𝑡𝑎𝑎 ………………………………….. 2.18

Dimana Pd adalah desain tekanan internal yang merupakan

perbedaaan antara tekanan internal (Pi) and tekanan eksternal

(Pe), D adalah diameter luar nominal, ta adalah ketebalan untuk

menyisihkan korosi, dan Sy adalah specified minimum yield

strength.

Pi didefinisikan sebagai Maximum Allowable Operating

Pressure (MAOP) pada kondisi normal, diindikasikan dengan

besar tekanan hingga 110% MAOP. Pada beberapa kasus, Pi

didefinisikan sebagai Wellhead Shut-In Pressure (WSIP).

Faktor efisiensi pengelasan [E] dapat dilihat pada tabel 2.3.

Faktor de-rating temperature [T] dapat dilihat pada tabel 2.2.

Penggunaan faktor klasifikasi lokasi [F] didefinisikan pada

tabel 2.1.


Nilai tekanan eksternal yang bekerja pada pipa dapat dihitung

dengan persamaan:

𝑃𝑃𝑅𝑅 = 𝜌𝜌𝑤𝑤 𝑎𝑎 ℎ𝑛𝑛𝑚𝑚𝑛𝑛 ……………………………………...……. 2.19

Tabel 2.1

Desain Faktor Klasifikasi Lokasi

Location Class Design Factor (F) Keterangan

Location class 1, devision 1 0.80

Berdasarkan tingkat aktifitas manusia dilokasi sekitar

Location class 1, devision 2 0.72

Location class 2 0.60



Sumber: ASME B.31.8, 2007

Tabel 2.2 Faktor Temperatur Derating

Temperature (Fo) Temperature Derating Factor (T)

250 or less 1.000

300 0.967

350 0.933

400 0.900

450 0.867



Tabel 2.3 Faktor Penyambungan

Spec. No. Pipe Class E Factor

ASTM A 53 Seamless

Electric Resistance Welded

Furnace Butt Weld: Continous Welded

1.00

1.00

0.60

ASTM A 106 Seamless 1.00

ASTM A 134 Electric Fusion Arc Welded 080

ASTM A 135 Electric Resistance Welded 1.00

ASTM A 139 Electric Fusion Welded 0.80

ASTM A 211 Spiral Weld Steel Pipe 0.80

ASTM A 333 Seamless

Electric Resistance Weldeded

1.00

1.00

ASTM A 381 Double Submerged Arc Welded 1.00

ASTM A 671 Electric Fusion Welded

Classes 13, 23, 33, 43, 53

Classes 12, 22, 32, 42, 52

0.80

1.00

ASTM A 672 Electric Fusion Welded

Classes 13, 23, 33, 43, 53

Classes 12, 22, 32, 42, 52

0.80

1.00

API 5L Seamless

Electric Resistance Welded

Electric Flash Welded

Submerged Arc Welded

Furnace Butt Welded

1.00

1.00

1.00

1.00

0.60


b. Desain Dinding Pipa untuk Ketahanan terhadap Tekanan Eksternal

Berdasarkan aturan dasar disain pipeline, direkomendasikan

untuk memperhitungkan analisis kriteria penyebaran untuk


diameter pipeline di bawah 16 inch dan kriteria kegagalan

diatas atau sama dengan 16 inch.

i. Kriteria Kegagalan atau Kritis

Mode kriteria kegagalan merupakan fungsi perbandingan

D/t, cacat pipeline, dan kondisi pembebanan. Sebuah

formula umum dapat digunakan untuk semua situasi. Hal

ini cocok untuk kegagalan mode transisi terhadap tekanan

eksternal, tarik aksial, dan regangan tekuk berdasarkan API

RP 1111. Saat pipeline didesain dengan menggunakan

kriteria kegagalan tekanan aksial & regangan tekuk perlu

diperhitungkan pada keadaan yang konservatif.

ii. Analisis Kriteria Penyebaran atau Perambatan

situasi dimanaya timbulnya lekukan melintang (yang

disebabkan oleh pembengkokan yang berlebihan) berubah

dengan sendirinya menjadi pembengkokan (buckling) dan

merambat disepanjang jalur pipa ini. Hal ini dapat

menyebabkan kegagalan pipa selama pengoperasiannya.

Energy penggerak (driving energy) yang menyebabkan

buckling menyebar adalah tekanan hidrostatik.

c. Korosi yang Diijinkan

Untuk menghitung korosi pada saat air ikut mengalir bersama

aliran fluida dalam pipa juga akibat dari komposisi campuran

fluida yang dapat membuat karat pipa seperti kandungan

oksigen, hydrogen sulfide (H2S), karbon dioksida (CO2).

Karena itulah perlu untuk menambah wall thickness.

d. Pemeriksaan Hydrotest

Tekanan hidrotes minimum untuk jalur migas sama dengan

1.25 dari disain tekanan. Peraturan tidak mengisyaratkan bahwa

jaringan pipa didisain untuk kondisi hidrotes, tetapi kadang

kala batas tegangan hoop sama dengan 90% SMYS, yang mana

dapat memuaskan apabila diasumsikan tidak dipengaruhi oleh

tekanan eksternal jaringan pipa. Untuk kasus-kasus dimana


disain tekanan adalah selisih tekanan internal dengan tekanan

eksternal, maka peraturan merekomendasikan untuk tidak

menggunakan regangan di atas dari SMYS materialnya.


BAB III

ANALISA KESTABILAN PIPA DAN TEGANGAN PADA PIPA

3.1.Kestabilan Pipa Bawah Laut

3.1.1 Pembebanan Lingkungan pada Pipa

Dalam mendisain jaringan pipa bawah laut, harus diperhatikan bahwa pipa

tahan terhadap gaya hidrodinamik yang dibebankan pada pipa dalam

lingkungan laut. Pengaruh pembebanan dari lingkungan laut seperti

pengaruh ombak, arus dan keadaan dasar laut mengakibatkan adanya gaya

horizontal, gaya vertikal, dan pusaran arus (vortex shedding).

Dalam hal ini pipa diasumsikan rigid dan dipatok didasar laut dan

dikondisikan sedemikian rupa agar tidak bergerak (stabil) dibawah

pengaruh gerakan-gerakan arus laut.

A. Gaya hidrodinamik

Beban pada struktur pipa yang berada di dasar laut adalah kombinasi

efek dari arus yang konstan, arus yang berubah/bergetar (oscillatory

current), dan gaya yang disebabkan gelombang laut. Untuk

memperkirakan stabilitas dari pipa yang disebabkan gaya-gaya ini dan

aksi-aksi gaya yang ditimbulkan, dapat diperlihatkan pada gambar

Gambar 3.1 Aliran Hidrodinamik disekitar Pipa

Sumber: Subsea Pipelines & Riser, Y.Bai et.al,El Sevier 2005


Gaya-gaya yang termasuk didalamnya adalah:

• Berat pipa dalam air

• Berat isi pipa

• Kombinasi gaya hambat (drag forces)

• Kombinasi gaya angkat (lift forces)

• Gaya inersia

• Gaya gesek antara pipa dengan permukaan dasar laut

Gambar 3.2 Gaya-gaya hidrodinamik pada Pipa

Dari fenomena di atas, dapat dituliskan persamaan kesetimbangan

untuk sumbu x dan sumbu y:

a). Terhadap sumbu x:

Gaya horizontal:

FD - Fi - Fr - W.sinθ = 0……………………………………....… 3.1


Gaya yang bekerja pada benda karena aliran fluida dalam arah

horizontal disebabkan oleh dua komponen gaya, yaitu gaya hambat

(FD) dan gaya inersia (Fi), untuk benda yang berbentuk silinder

dengan diameter luar (D), besarnya gabungan kedua gaya tersebut

ditulis dalam persamaan Morrison (A.H. Moselli, 1981), yaitu:

F = FD - Fi………………………………………………………………………………… 3.2

FD = 12𝜌𝜌𝑤𝑤 𝑂𝑂𝑂𝑂 𝐶𝐶𝑂𝑂(𝑈𝑈𝑒𝑒)2……………………………………….. 3.3

𝐹𝐹𝑖𝑖 = 𝜌𝜌.𝐶𝐶𝑀𝑀 . �𝜋𝜋𝑂𝑂2

4�𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑� ………………………………………. 3.4

Kecepatan efektif dari arus dapat diperoleh berdasarkan jenis

gelombang yang terjadi di tempat tersebut, yang besarnya adalah:

(𝑈𝑈𝑒𝑒)2 = 0.778 . (𝑈𝑈𝑐𝑐)2. �𝑂𝑂 𝑦𝑦𝑐𝑐� �0.285

............................................ 3.5

b). Terhadap sumbu y:

Gaya-gaya vertikal:

N + FL - W.cosθ = 0…………………………………………… 3.6

Untuk pipa yang berada persis di atas dasar laut dengan sedikit

terbenam pada tanah, kemudian gaya tahan lateral (Fr) dipengaruhi

oleh gaya normal (N), dengan persamaan:

Fr = μ.N

Untuk gaya angkat persamaannya adalah:

𝐹𝐹𝐿𝐿 = 12𝜌𝜌𝐶𝐶𝐿𝐿(𝑈𝑈𝑒𝑒)2……………………………….…………… 3.7

Kesulitan yang utama untuk mengetahui besarnya gaya angkat,

gaya hambat dan gaya inersia adalah menentukan harga-harga

koefisien masing-masing gaya tersebut. Pada kondisi aliran yang

tetap koefisien angkat, koefisien hambat, dan koefisien inersia

tergantung dari bilangan Reynolds dan kekasaran permukaan

saluran pipa itu sendiri.

Dari penelitian para ahli secara intensif, diambil suatu pemecahan

masalah tersebut dengan grafik, yang kemudian diambil rata-

ratanya serta untuk mudahnya dibuat tabel seperti tercantum dalam


tabel. Tabel ini berisikan beberapa harga bilangan Reynold untuk

menentukan besarnya ketiga koefisien tersebut dengan mengambil

harga rata-rata kekasaran permukaan saluran pipa.

Pada umumnya table ini bisa juga digunakan untuk aliran yang

tetap dengan memilih harga maksimum dari gabungan antara arus

dan gelombang yang menyebabkan kecepatan aliran bervariasi,

maka kecepatan efektif (Ue) dipergunakan untuk menghitung

bilangan Reynolds, yang kemudian dipergunakan lagi untuk

menentukan koefisien hambat, angkat dan inersia.

Bilangan Reynolds adalah:

𝑅𝑅𝑒𝑒 = 𝑈𝑈𝑒𝑒 .𝑂𝑂𝑂𝑂𝑣𝑣

……………………………………………………...

3.8

Tabel 3.1 Hubungan Bilangan Reynolds dengan CD, CL, dan CM

Reynolds Number (Re)

Drag Coefficient (CD)

Lift Coefficient (CL)

Inertia Coefficient (CM)

Re < 5.0 x 104 1.3 1.5 2.0

5.0 x 104 < Re < 105 1.2 1.0 2.0

105 < Re < 2.5 x 105 1.53 −𝑅𝑅𝑒𝑒

3𝑥𝑥105 1.2 −𝑅𝑅𝑒𝑒

5𝑥𝑥105 2.0

2.5 x 105 < Re < 5.0 x 105

0.7 0.7 2.5 −𝑅𝑅𝑒𝑒

5𝑥𝑥105

5.0 x 105 < Re 0.7 0.7 1.5

Sumber: A.H. Moesselli, 1981

Koefisien gesek antara permukaan pipa dengan tanah harus juga

diperhitungkan, dimana tergantung pada lapisan permukaan pipa

dan karakteristik dasar laut.

Dari pengukuran yang telah dilakukan, didapat koefisien gesek

setiap tipe tanah yang ada, seperti terlihat pada table berikut ini:


Tabel 3.2 Koefisien Gesek Berdasarkan Tipe Tanah

Tipe Tanah Koefisien Gesek (μ)

Tanah Liat (Clay) 0.3 ÷ 0.6

Pasir (Sand) 0.5 ÷ 0.7

Pasir Kerikil (Gravel) 0.5

Sumber: A.H. Moesselli, 1981

Kombinasi persamaan [3.1] dan persamaan [3.6] didapat:

FD+Fi+μ(FL-W.cosθ) = W.sinθ……………………………….. 3.9

Resultan gaya-gaya hidrodinamik yang bekerja pipa akibat arus

bawah laut.

𝑊𝑊ℎ = 𝐹𝐹𝑂𝑂+𝐹𝐹𝑖𝑖+𝐹𝐹𝐿𝐿𝜇𝜇 .𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐+𝑐𝑐𝑖𝑖𝑠𝑠𝑐𝑐

……………………………………...…..… 3.10

Untuk dasar laut yang datar, θ = 00, maka:

𝑊𝑊ℎ = 𝐹𝐹𝐿𝐿 + 1𝜇𝜇

(𝐹𝐹𝑂𝑂 + 𝐹𝐹𝑖𝑖) ………………………………..…… 3.11

3.1.2 Berat Minimum Pipa

Gaya yang diperhitungkan dalam menjaga stabilitas jaringan pipa

adalah gaya gravitasi dan gaya hidrodinamik akibat arus laut yang

bekerja dibawah permukaan laut.

Secara grafis diperlihatkan berat pipa efektif pada gambar dibawah

ini:


Gambar 3.3 Penampang Lapisan Pipa

i. Berat Efektif Pipa (Ws)

Merupakan berat pipa baja diudara (tanpa berat isi pipa)

𝑊𝑊𝑐𝑐 = 𝜋𝜋4

(𝑂𝑂2 − 𝑑𝑑2)𝜌𝜌𝑐𝑐𝑔𝑔……………………………...……...... 3.12

ii. Buoyancy (B)

Berat air yang dipindahkan per satuan panjang pipa, dimana

nmerupakan gaya dorong keatas yang besar.

𝐵𝐵 = 𝜋𝜋4

(𝑂𝑂 + 2𝑑𝑑𝑐𝑐 + 2𝑑𝑑𝑤𝑤)2𝜌𝜌𝐿𝐿……………………….………… 3.13

iii. Berat Lapisan Anti Korosi (Wc)

𝑊𝑊𝑐𝑐 = 𝜋𝜋4

[(𝑂𝑂 + 2𝑑𝑑𝑐𝑐)2 − 𝑂𝑂2]𝜌𝜌𝑐𝑐𝑔𝑔…………………….………... 3.14

iv. Berat Fluida dalam Pipa

𝑊𝑊𝑓𝑓 = 𝜋𝜋4𝑑𝑑2𝜌𝜌𝑓𝑓𝑔𝑔𝑔𝑔…………………………….……………….. 3.15

v. Berat Lapisan Beton

𝑊𝑊𝑤𝑤 = 𝜋𝜋4

[(𝑂𝑂 + 2𝑑𝑑𝑐𝑐 + 2𝑑𝑑𝑤𝑤)2 − (𝑂𝑂 + 2𝑑𝑑𝑐𝑐)2]𝜌𝜌𝑤𝑤𝑔𝑔….………… 3.16

Berat total pipa saat dioperasikan dengan menambah berat fluida

didalam pipa dan sudut α = 0o.

𝑊𝑊𝑝𝑝𝑓𝑓 = 𝑊𝑊𝑐𝑐 +𝑊𝑊𝑐𝑐 +𝑊𝑊𝑤𝑤 +𝑊𝑊𝑓𝑓 −𝐵𝐵 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐…………………….… 3.17

tcorr t c

t nom


Untuk mendapatkan kestabilan, pipa dikondisikan sedemikian rupa

agar tidak bergerak (stabil), maka berat pipa harus lebih besar dari

resultasn gaya hidrodinamik.

𝑊𝑊𝑝𝑝𝑓𝑓 > 𝑊𝑊ℎ ,𝑘𝑘𝑐𝑐𝑠𝑠𝑑𝑑𝑖𝑖𝑐𝑐𝑖𝑖 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑠𝑠

3.1.3 Pusaran Arus

Jika arus melewati pipa horizontal yang terdapat di dasar laut, maka

akan terjadi pusaran arus yang arahnya membalik ke arah pipa.

Pusaran ini (vortex shedding) disebabkan oleh aliran turbulen dan

ketidakstabilan pada bagian bawah pipa (adanya celah di bawah pipa).

Pusaran arus menyebabkan perubahan periodik sejumlah tekanan

hidrodinamik pada pipa, dimana akan menyebabkan getaran pada

rentang pipa.

Frekuensi vortex shedding tergantung pada diameter pipa. Kecepatan

aliran dan bilangan Strouhal. Jika frekuensi vortex shedding ini

sinkron (bernilai sama) dengan salah satu frekuensi alami dari rentang

pipa, maka akan terjadi resonansi atau mengakibatkan rentangan pipa

tersebut bergetar. Dan akibatnya akan terjadi gangguan tegangan pada

pipa, seperti kelelahan material (material fatique) dan kegagalan

saluran pipa. Terjadinya fortex ini dapat diilustrasikan seperti pada

gambar 3.4


Gambar 3.4 Ilustrasi Pusaran (Vortex Shedding) disekitar Pipa

Sumber: A.H. Mouselli, 1981

Kegagalan saluran pipa yang disebabkan oleh vortex ini dapat dicegah,

jika frekuensi vortex shedding berbeda dari frekuensi natural dari

rentangan pipa seperti getaran dinamik pipa diperkecil. Besarnya

frekuensi vortex shedding adalah:

𝑓𝑓𝑐𝑐 ≠ 𝑓𝑓𝑠𝑠

𝑓𝑓𝑐𝑐 = 𝑆𝑆.𝑉𝑉𝑎𝑎𝑂𝑂

…………………………………………………………... 3.18

Bilangan Strouhal ini merupakan fungsi dari bilangan Reynolds dari

aliran, yang diperlihatkan oleh grafik pada gambar 3.5.

Pipe

Flow Direction Vortex

Seabed

In line oscillation

Cross flow oscillation


Reynolds Number

Gambar 3.5 Grafik variasi Bilangan Strouhal terhadap Bilangan Reynolds


Karena koefisien hambat merupakan fungsi dari bilangan Reynolds,

maka bilangan Strouhal juga dapat ditentukan dari koefisien hambat,

dengan persamaan sebagai berikut:

𝑆𝑆 = 0.21(𝐶𝐶𝑂𝑂 )0.75…………………………………….………………….. 3.19

Persamaan di atas juga dapat diplot dari gambar 3.6 tetapi kebanyakan

dalam permasalahan jalur pipa bilangan Strouhal diambil sebesar 0.2.


Gambar 3.6 Grafik variasi Bilangan Strouhal terhadap Koefisien Hambat Sumber: A.H. Mouselli, 1981

Frekuensi alami dari retang pipa tergantung pada kekauan (stiffness)

material pipa dan kondisi rentang pipa, panjang rentang, dan kombinasi

massa pipa (termasuk isi dan penambahan massa oleh pelapisan, dll).

Penambahan massa biasanya 1 sampai 2 kali massa air yang dipindahkan

oleh pipa.

Frekuensi Natural ini dapat dituliskan sebagai berikut:

𝑓𝑓𝑠𝑠 = 𝐶𝐶𝐿𝐿2 �

𝐸𝐸𝐸𝐸𝑀𝑀

....................................................................................... 3.20

Konstanta kondisi pipa C = π/2 = 1.57 untuk pipa dengan kedua

ujungnya ditumpu dan C = 3.5 jika kedua ujung pipa diklem.

Dari penelitian yang dilakukan, menghasilkan perbandingan antara

frekuensi vortax shedding dan frekuensi natural adalah:

fs ≤ 0.7 fn…………………………………..……………………… 3.21

Kemudian didalam perhitungan, analisis yang dilakukan adalah

menentukan panjang rentang ,panjang jalur pipa yang tidak ditumpu, (L)

maksimum. Dimana (L) adalah fungsi dari frekuensi dari frekuensi

natural yang didapat dari:

fn = fs x 1.4285714…………………………………………………. 3.22


dan untuk menentukan panjang jalur pipa yang tidak ditumpu maksimum

adalah dengan menggunakan persamaan berikut:

𝐿𝐿 = ��1.57𝑓𝑓𝑠𝑠�𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑀𝑀� �………………………….………………….. 3.23

3.2.Analisis Tegangan Pipa saat Pengoperasian

Dalam mendisain jalur pipa yang menyalurkan fluida dengan temperatur dan

tekanan yang tinggi, perlu memperhatikan tegangan-tegangan yang timbul dan

fleksibilitas yang diperlukan untuk mengatasi tegangan-tegangan tersebut.

Masalah ini menjadi dasar utama dalam mendisain jalur pipa yang akan

dipakai nantinya, apakah jalur pipa ini aman dan sesuai dengan standar yang

telah ditentukan atau tidak. Dalam hal ini, peninjauan yang dilakukan terbatas

pada tegangan yang terjadi akibat tekanan kerja fluida yang mengalir di dalam

pipa (internal pressure) dan analisis buckling pipa atau perubahan penampang

pipa secara melintang akibat tekanan hidrostatik air, dimana akan dianalisis

apakah kedalaman laut tempat dimana jalur pipa ini diletakkan aman dari

buckling atau tidak.

Pada saat pengoperasiannya, tegangan pipa juga dipengaruhi oleh perbedaan

permukaan laut yang dilewati oleh jalur pipa, dalam hal ini diambil dua kasus

dimana analisis tegangan pipa melewati cacat permukaan laut atau palung laut

dan analisis tegangan saat pipa melewati gundukan atau karang didasar laut.

3.2.1 Tegangan Izin Material Pipa

Untuk mengetahui apakah sistem saluran pipa yang didesain aman

untuk dipakai pada kondisi kerja, maka hasil perhitungan tegangan izin

material pipa harus lebih besar dari tegangan tarik akibat tekanan yang

bekerja pada pipa, baik yang berasal dari lingkungan maupun internal.

Untuk menghitung tegangan izin yang sesuai, dilakukan perhitungan

dengan:

𝜎𝜎 = 𝐹𝐹 𝐸𝐸 𝑌𝑌 𝑇𝑇…………………………………….………………. 3.24


3.2.2 Tegangan Tarik Pipa Akibat Tegangan Kerja Fluida

Setelah ukuran pipa ditentukan, ketebalan dinding pipa dipilih agar

tekanan tangensial maksimum (tekanan keliling pipa karena tekanan

aliran fluida) tidak melebihi tekanan yang diizinkan, dapat dilakukan

perhitungan dengan persamaan:

𝜎𝜎 = 𝑃𝑃 𝑂𝑂2𝑑𝑑

…………………………………..………………..……. 3.25

3.2.3 Analisa Tekuk

Salah satu masalah gagal atau rusaknya suatu jalur pipa, baik saat jalur

pipa tersebut diluncurkan maupun saat beroperasi, adalah dengan

meningkatnya tekanan hidrostatik.

Kegagalan jalur pipa tergantung pada beberapa faktor. Seperti

perbandingan diameter terhadap tebal dinding pipa (D/t), sifat stress-

strain, perubahan bentuk jalur pipa secara melintang (perubahan

ovality lingkaran pipa atau buckling), tekanan hidrostatik dan momen

tekuk pipa (bending moment). Gaya aksial juga berpengaruh pada

kegagalan pipa, tetapi lebih kecil dibanding momen tekuk maupun

tekanan hidrostatik.

Buckling dapat diartikan juga sebagai perubahan kebulatan (flattening)

atau terjadinya perubahan melintang pipa, dan contoh buckling ini

dapat dilihat pada gambar 3.7 di bawah ini:


Gambar 3.7 Macam-macam Buckling Pipa


i. Tekanan Kritis Buckling

Tekanan kritis buckling pipa berlaku pada pipa-pipa dengan

perbandingan diameter terhadap tebal dinding D/t yang besar.

Dalam prakteknya, perubahan deformasi dari permukaan pipa akan

terjadi sebelum kegagalan pipa. Oleh sebab itu, kegagalan akibat


tekanan hidrostatik juga merupakan fungsi dari sifat luluh (yield)

material pipa.

Untuk mendapatkan tekanan kritis buckling pipa perlu

memperhitungkan kekuatan luluh material pipa, dan perhitungan

kekuatan ini berdasarkan API RP.1111 didapat dengan persamaan:

𝑃𝑃𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝑦𝑦𝑃𝑃𝑒𝑒

�𝑃𝑃𝑦𝑦2+𝑃𝑃𝑒𝑒2……………………………………..………… 3.26

𝑃𝑃𝑦𝑦 = 2𝑆𝑆𝑦𝑦�𝑑𝑑 𝑂𝑂� �…………………………………...…………. 3.27

𝑃𝑃𝑒𝑒 = 2𝐸𝐸 �𝑑𝑑 𝑂𝑂� �3

(1−𝜐𝜐2)……………………………….………………. 3.28

Nantinya tekanan collapse pipa akan diperiksa terhadap tekanan

yang diakibatkan tekanan hidrostatik eksternal pipa (Po) dan

tekanan internal pipa (Pi) (dalam hal ini tekanan internal diambil

dari tekanan rencana maksimum yang masih diijinkan):

Po - Pi ≤ foPc………………………………………………… 3.29

dimana:

fo = faktor collapse

= 0.7 untuk pipa seamless atau ERW

= 0.6 untuk expanded pipe, seperti DSAW

Dengan menggunakan tekanan kritis buckling yang didapat dari

persamaan di atas, maka dengan ketentuan persamaan hidrostatik

eksternal pipa (Po) didapatkan kedalaman maksimum laut agar

tidak terjadi buckling, yaitu:

ℎ𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝑐𝑐𝜌𝜌𝑤𝑤𝑔𝑔

………………………………………….….……… 3.30

ii. Tekanan Perambatan Buckling

Perambatan buckling yang dimaksud disini adalah situasi

dimanaya timbulnya lekukan melintang (yang disebabkan oleh

pembengkokan yang berlebihan) berubah dengan sendirinya


menjadi pembengkokan (buckling) dan merambat disepanjang

jalur pipa ini. Hal ini dapat menyebabkan kegagalan pipa selama

pengoperasiannya. Energy penggerak (driving energy) yang

menyebabkan buckling menyebar adalah tekanan hidrostatik.

Secara teori dan eksperimen yang dibuat oleh berbagai organisasi

guna mempelajari fenomena penyebaran buckling dan untuk

mempelajari fenomena tekuk pada offshore pipeline. Dari hasil

penelitian didapatkan persamaan mengenai tekanan penyebaran

buckling, yaitu:

𝑃𝑃𝑝𝑝 = 24𝑆𝑆𝑦𝑦 �𝑑𝑑𝑂𝑂�

2.4…………………………………………...3.31

Yang perlu diperhatikan bahwa tekanan penyebaran buckling

tergantung hanya pada kekuatan leleh (yield) material pipa dan

perbandingan D/t dan tidak tergantung pada keadaan gaya-gaya

dari pipa. Sifat yang menyebabkan pembengkokan dalam pipa

tergantung ada parameter pipa maupun gaya eksternal yang ada

pada pipa. Fenomena penyebaran ditujukan pada jalannya

tekuk/pembengkokan pipa yang disebabkan tekanan hidrostatik

setelah pembengkokan dimulai.

Dengan persamaan hidrostatik juga dapat ditentukan kedalaman

maksimum jalur pipa agar tidak terjadi perambatan buckling.

Kemudian tekanan perambatan buckling pipa akan diperiksa

terhadap tekanan yang diakibatkan tekanan hidrostatik eksternal

pipa (Pe) dan tekanan internal pipa (Pi) (dalam hal ini tekanan

internal diambil dari tekanan rencana maksimum yang masih

diijinkan):


Po - Pi ≤ fpPp ……………………………………………… 3.32

dimana:

fp = faktor disain buckle propagation

= 0.8

ℎ𝑝𝑝 = 𝑃𝑃𝑝𝑝𝜌𝜌𝑤𝑤𝑔𝑔

………………………………………………..…. 3.33

3.2.4 Tegangan Tarik akibat Pengaruh Permukaan Dasar Laut

Selama beroperasinya jalur pipa yang berada persis di atas permukaan

dasar laut sering kali melewati permukaan yang bermacam-macam,

faktor ini mempengaruhi terhadap tegangan jalur pipa. Dalam tugas

ini, penulis hanya akan menganalisis tegangan jalur pipa saat pipa

melalui cacat muka laut atau palung laut dan melewati gundukan atau

karang. Dengan permukaan yang tidak teratur ini, gaya rentang dan

gaya melengkung akan diinduksi oleh pipa, dan ini harus

dipertahankan pada tingkatan yang aman untuk mencegah kerusakan

yang diakibatkannya. Agar mendapatkan tingkatan yang aman, maka

pengukuran harus diambil pada tiap perubahan rute pipa atau

menghindari permukaan laut yang tidak teratur dengan metode

pengecekan permukaan laut terlebih dahulu (presweeping).

Pengukuran disini didasarkan pada pertimbangan secara teknik dan

ekonomis. Sehingga, untuk merencanakan system instalasi pipa yang

sesuai dengan prosedur, perkiraan yang akurat dari tegangan pada

permukaan laut yang tidak teratur mejadi suatu yang penting.

i. Tegangan Pipa saat Melalui Palung Laut (Flow Depression)

Ilustrasi pipa saat melewati cacat permukaan dasar laut atau

palung laut dapat dilihat pada gambar 3.8 di bawah ini


Gambar 3.8 Ilustrasi deformasi yang akan terjadi ketika pipa

melalui palung

Secara geometri konfigurasi pipa, hanya sebagian dari rentang

jalur pipa yang perlu dipertimbangkan. Pipa dibagi dalam tiga

prinsip bagian pipa, seperti terlihat pada cgambar di atas. Kondisi

batasnya adalah penyeimbangan gaya-gaya dari masing-masing

bagian.

Dari analisis yang dilakukan, didapat parameter-parameter

dimensional yang diperlukan dalam menentukan tegangan

pembengkokan maksimum σm, yang harganya tergantung dari

dimensi rentangan dengan karakteristik panjangnya (L/Lc),

dimana:

𝐿𝐿𝑐𝑐 = � 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑊𝑊𝑝𝑝𝑓𝑓

�1

3�………………...……………………….…… 3.34

𝜎𝜎𝑐𝑐 = 𝐸𝐸𝑐𝑐𝑟𝑟𝑐𝑐𝐿𝐿𝑐𝑐

……………………………………………..…… 3.35

𝛽𝛽 = 𝑇𝑇𝑊𝑊.𝐿𝐿𝑐𝑐

……………………………………………………. 3.36

ii. Tegangan Pipa saat Melalui Gundukan atau Karang (Elevated

Obstruction)

Ilustrasi tegangan pipa saat melalui gundukan atau karang dapat

dilihat pada konfigurasi pada gambar di bawah ini


Gambar 3.8 Ilustrasi Deformasi Pipa melalui Gundukan

Dari ilustrasi di atas, panjang rentangan pipa L, yang melalui

gundukan atau karang tergantung pada tingkatan gundukan δ.

Penentuan persamaan pipa dipecahkan dengan cara grafik.

Gambar 3.9 Grafik Tegangan Maksimal karena Tinggi Gangguan

Sebab panjang rentangan tidak diketahui dengan pasti, prosedur

iterasi dipakai untuk menarik kesimpulan panjang rentangan dan

gaya-gaya dari pipa. Hasil dari solusi ini didapat dimensional

parameter-parameter pipa, yang dilukiskan dengan grafik. .Dalam

grafik ini akan ditentukan berapakah tegangan maksimum pipa

dengan mengetahui ketinggian gundukan atau karang δ, yang

dilalui jalur pipa.


Perbandingan antara maksimum tensile strength material pipa

dengan tegangan karakteristik σc menghasilkan persamaan

karakteristik panjang pipa Lc, sehingga diperoleh tinggi

maksimum gangguan (gundukan) yang mampu dilewati pipa.


BAB IV

PERHITUNGAN STRUKTURAL SALURAN PIPA

4.1. Parameter Perhitungan

Untuk mengetahui desain dan analisis struktural saluran pipa secara jelas, diambil suatu

kasus dari sistem saluran pipa yang sudah terpasang, yakni jaringan pipa lepas pantai milik

PT PGN yang menghubungkan Labuan Maringgai hingga ke Muara Bekasi sejauh 160 km.

Pengambilan contoh permasalahan harus memperhatikan kriteria batasan kemampuan,

yaitu:

1. Gaya hidrodinamik akibat arus diperhitungkan berdasarkan pada gelombang dan

kecepatan arus yang paling maksimal selama periode survey 100 tahun terakhir.

2. Jenis aliran adalah gas.

3. Perhitungan didasarkan pada perbandingan beberapa jenis pemilihan material dan

dimensi atau ukuran diameter pipa.

Dalam perhitungan desain difokuskan pada beberapa hal:

1. Pemilihan ukuran atau dimensi diameter pipa dengan memperhitungkan parameter

sebagai berikut:

a. Pengaruh besarnya diameter terhadap laju aliran fluida, kecepatan aliran fluida,

dan nilai jatuh tekanan sepanjang saluran pipa.

b. Kecepatan aliran fluida tidak boleh melebihi kecepatan erosi aliran fluida.

c. Nilai jatuh tekanan perlu sangat diperhatikan untuk memenuhi kebutuhan

konsumen diakhir saluran. Nilai tekanan yang kurang akan memerlukan bantuan

kompresor guna memenuhi nilai tekanan yang dikehendaki dan mengakibatkan

bertambahnya ongkos produksi pada saluran pipa.

2. Analisa kestabilan saluran pipa didasar laut perlu memenuhi 2 (dua) parameter, yaitu:

a. Berat pipa dalam air (saat pengoperasian) harus diatas gaya hidrodinamis pipa

yang diakibatkan oleh gelombang dan arus laut.


b. Memperhatikan kemungkinan terjadinya vortax shedding dengan

memperhitungkan rentang saluran pipa tidak tertumpu yang harus lebih kecil

(pendek) dari rentang maksimum yang diizinkan (berdasarkan perhitungan).

3. Analisa kerja operasi pipa, meliputi:

a. Tegangan tarik maksimum disebabkan kerja fluida, yang harus lebih kecil dari

nilai tegangan maksimum izin bahan

b. Kedalaman laut dan kekuatan luluh bahan pipa berpengaruh pada kegagalan

struktur pipa, seperti buckling, dimana semakin besar kedalaman laut maka

semakin besar kemungkinan terjadinya kegagalan struktur pipa.

c. Panjang rentang saluran pipa maksimum tanpa tumpu agar aman dari pengaruh

vortax shedding

d. Tegangan tarik maksimum saat melewati gundukan atau palung, agar tidak

melebihi tegangan tarik izin bahan.


4.2. Jalur Pipa

Pembuatan alternatif rute dilakukan berdasarkan data suplai dan data kondisi

geografis. Beberapa pertimbangan yang digunakan dalam pembuatan alternatif

rute awal adalah sebagai berikut:

1. Lokasi rute dibuat sedekat mungkin dengan lokasi konsumen

Pertimbangan ini dilakukan dengan dasar penekanan terhadap biaya

pembangunan jalur pipa, semakin panjang rute yang tidak ekonomis maka

akan menurunkan nilai feasibilitas dari proyek tersebut.

2. Lokasi rute perlu memperhatikan infrastruktur pipa yang telah ada.

3. Total panjang rute diusahakan sekecil mungkin

4. Rute yang dilalui sepanjang perairan harus memiliki aktivitas yang rendah

Hal ini mencegah timbulnya kerusakan terhadap pipa dikarenakan aktivitas,

seperti penurunan jangkar, aktivitas penangkapan ikan dengan

menggunakan bahan peledak.

Gambar 4.1 Peta Lokasi Instalasi Pipa

CNOOC LINE

CILEGON

SUNDA STRAIT

JAVA ISLANDMUARA KARANG

MUARA TAWAR

MUARA BEKASI

BP LINE

DAMAR ISLAND

N

S

EW

JAVA SEA

32" OD PGN GAS OFFSHORE PIPELINE

SUMATERA ISLAND


4.3. Pembagian Zona Rute Pipa

Secara lebih rinci, kondisi lingkungan perairan Labuhan Maringgai - Muara

Bekasi dipetakan dan beberapa zona berdasarkan kedalaman laut.

Gambar 4.2 Rute Pipa Berdasarkan Pembagian Zona

N

32"Ø

PIP

ELIN

E RO

UTE

(SS

WJ-

1)

9 350 000.000 Nm

9 400 000.000 Nm

700

000.

000

Em

650

000.

000

Em65

0 00

0.00

0 Em

9 350 000.000 Nm

9 400 000.000 Nm

600

000.

000

Em

0 1 2 3 km

4.3.1 Kedalaman Laut

Tabel dibawah ini menerangkan pembagian zona rute pipa berdasarkan

kedalaman laut.

Tabel 4.1. Pembagian Wilayah Kedalaman Laut

Zone KP from KP to Min depth Max depth

1 0 10 0 8.5

2 10 29 9 26.5

3 29 48 22.5 50.5

4 48 59 45.5 59


4.3.2 Gelombang dan Arus laut

Berikut ini adalah data nilai rata-rata gelombang dan arus laut dalam

periode 100 tahun terakhir.

Tabel 4.2 Data Arus dan Gelombang dalam 100 Tahun Terakhir

Zones Z1 Z2 Z3 Z4 Z9 Z10 Z11 Z12 Z13 Z14 Z17 Z18

WAVES

Significant Wave

Height (Hs) (m) 4.1 4.13 4.49 4.98 4.98 4.98 4.49 4.98 5.03 4.73 380 3.46

Spectral peak

period (Ts) (sec) 8.18 8.21 8.55 9 9 9 8.55 9 9.04 8.77 7.88 7.52

CURRENT SPEED (m/s)

At 0% of depth 1.72 1.36 1.7 1.6 1.57 1.53 1.58 1.55 1.61 1.26 1.28 1.42

10% of depth 1.18 0.81 0.95 0.85 0.82 0.78 0.83 0.8 0.86 0.73 0.75 0.89

20% of depth 1.17 0.8 0.93 0.83 0.81 0.76 0.82 0.79 0.84 0.72 0.74 0.88

30% of depth 1.16 0.79 0.91 0.82 0.79 0.75 0.8 0.77 0.82 0.71 0.73 0.87

40% of depth 1.15 0.78 0.89 0.79 0.76 0.72 0.77 0.75 0.8 0.69 0.71 0.85

50% of depth 1.13 0.76 0.85 0.76 0.73 0.69 0.74 0.71 0.77 0.67 0.69 0.83

60% of depth 1.1 0.74 0.81 0.71 0.68 0.51 0.69 0.66 0.72 0.64 0.66 0.8

70% of depth 1.07 0.7 0.74 0.64 0.62 0.58 0.63 0.6 0.65 0.6 0.62 0.76

80% of depth 1.02 0.65 0.66 0.56 0.53 0.49 0.54 0.51 0.57 0.54 0.56 0.7

90% of depth 0.96 0.59 0.53 0.44 0.41 0.37 0.42 0.39 0.45 0.47 0.49 0.63

100% of depth 0.87 0.5 0.37 0.27 0.24 0.2 0.25 0.23 0.28 0.36 0.38 0.52

9 59 73 51 63.5

10 73 86 42.5 60.8

11 86 99 33.5 45.5

12 99 114 43.5 84.7

13 114 128 30.5 50

14 128 139.6 21.8 29.8

17 139.6 155.7 8.0 21.8

18 155.7 161.3 (LF) 0 8.0


4.4. Data yang Diperlukan

Perhitungan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini hanya salah satu zona dari

18 pembagian zona rute pipa, yaitu zona ke-12 sejauh 15 km. Pemilihan zona

ke-12 berdasarkan pertimbangan kedalaman laut yang paling dalam, dengan

rentang minimum-maksimum sebesar 43 m – 84,7 m.

Data Lingkungan Laut

Kedalaman laut h = 84,7 m

Kecepatan arus maks Vs = 1,55 m/s

Data gelombang:

- Tinggi gelombang signifikan Hs = 4,98 m

- Periode gelombang signifikan Ts = 9 m

Berat jenis air laut ρw = 1025 kg/m3

Gravitasi bumi g = 9,8 m/s2

Data Pipa dan Material

Seperti disebutkan diatas, dalam perhitungan digunakan zona ke-12, diameter

digunakan 3 pilihan ukuran yang dipadukan kedalam 5 jenis material (API 5L;

X52, X56, X60, X65, X70).

Panjang pipa l = 15 km

Mutu material

- Berat jenis pipa ρst = 7850 kg/m3

- Modulus Young Pipa Est = 207.000 N/mm2 - Berat jenis lapisan beton ρwc = 3043 kg/m3

- Berat jenis lapisan anti korosi ρcc = 1280 kg/m3

- Kekauan efektif pipa dan lapisan beton MI = 660.106 Nm2

- Kekesaran permukaan dalam pipa e = 0,01 in


Data Fluida

Temperatur gas Tf = 555 oR

Desain tekanan P1 = 1150 psig

Tekanan internal (fluida mengalir) Pi = 1000 psia

Densitas fluida ρfg = 50 kg/m3

Laju aliran Q = 440 MMSCFD

Faktor Kompresi Gas Z = 0,887

Spesific Gravity SG = 0,577

4.5. Hasil perhitungan

Ukuran Diameter : 32 in

Pemilihan Material : API 5L X52

Aliran Gas dalam Pipa

1. Faktor transmisi aliran gas F = 20,24

2. Kecepatan aliran gas Uf = 13,27 ft/s

3. Kecepatan erosi aliran gas Ue = 53,73 ft/s

Ukuran Dinding Pipa

4. Tebal dinding pipa baja tnom = 0,500 in

5. Tebal dinding anti korosi tcorr = 0,98 in

6. Tebal lapisan beton tcoat = 3,94 in

Parameter Gelombang

7. Panjang gelombang Lo = 126,475 m

8. Kecepatan partikel air horizontal Uc = 1,74 m/s

9. Kecepatan efektif partikel air Ue = 1,535 m/s

Gaya Hidrodinamik akibat Arus

10. Koefisien angkat CL = 0,7

11. Koefisien geser CD = 0,7


12. Koefisien massa CM = 1,5

13. Gaya angkat FL = 845.38 N/m

14. Gaya geser FD = 860.43 N/m

15. Resultan gaya hidrodinamis Wh = 2,279.42 N/m

16. Berat total pipa beroperasi Ws = 3,202.25 N/m

Kondisi saat pengoperasian

17. Tegangan tarik izin material σizin = 37,440.00 psi

18. Tegangan tarik tekanan kerja σkerja = 9,561.33 psi

19. Displacement pipa Ma = 8,176.87 N/m

20. Panjang pipa tidak tertumpu Lc = 26.58 m

21. Tegangan kritis tekuk Pc = 1,715,025 N/m2

22. Batas kedalaman pipa terhadap Pc hc = 170.56 m







Ukuran Dinding Pipa

4. Tebal dinding pipa baja tnom = 0.469 in



Parameter Gelombang


























Ukuran Dinding Pipa




Parameter Gelombang


























Ukuran Dinding Pipa





Parameter Gelombang

















21. Tegangan kritis tekuk Pc = 926,067 N/m2









Ukuran Dinding Pipa




Parameter Gelombang

















21. Tegangan kritis tekuk Pc = 730,626 N/m2



Tabel 4.3 Rekapitulasi Hasil Perhitungan

Q D t Uf

Jenis SMYS [psi] (MMSCFD) (inch) (inch) (ft/s) Wh < Wpf hc > hrefAPI 5L X52 52,000 440 32 0.500 64.00 13.27 Ok Ok OkAPI 5L X56 56,000 440 32 0.469 68.23 13.21 Ok Ok OkAPI 5L X60 60,000 440 32 0.438 73.06 13.16 Ok Ok OkAPI 5L X65 65,000 440 32 0.406 78.82 13.11 Ok Ok OkAPI 5L X70 70,000 440 32 0.375 85.33 13.06 Ok Ok Ok

D/tMaterial Uf < Ue

OBS


BAB V

KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan dan proses perhitungan, diperoleh kesimpulan sebagai

berikut:

1. Ukuran diameter yang dipilih adalah sebesar 32 inchi. Dari besaran tersebut

diperoleh:

a. Kecepatan aliran fluida dalam pipa yang bernilai lebih kecil dari

kecepatan erosinya Uf = 13 ft/s > Ue = 54,21 ft/s (besar diameter

dinyatakan aman)

b. Nilai jatuh tekanan, ∆P = 150 psi atau P2 = 1000 psi (sesuai dengan

kebutuhan demand).

2. Ukuran tebal dinding pipa ideal yang diperoleh dari hasil perhitungan dan

penyesuaian dengan dimensi pasar adalah 0,406 inchi dengan pemilihan

material API 5L X65, dari besaran tersebut diperoleh:

a. Berat total pipa saat beroperasi sebesar 2.749,18 N/m yang diperoleh dari:

- Tebal dinding pipa anti korosi sebesar 3 inchi,

- Tebal lapisan beton 3,94 inchi.

Penggunaan lapisan beton pada saluran pipa selain berfungsi sebagai

pemberat, menambah stabilitas pipa, mengurangi buoyancy dan

memperbesar kekakuan pipa.

Berat pipa tersebut aman karena berada diatas gaya hidrodinamis yang

bekerja pada pipa sebesar 2.279,42 N/m

b. Tegangan tarik izin material σizin = 46.800 psi > σkerja = 7.695,45 psi

(kondisi aman).

c. Rentang panjang pipa tidak tertumpu untuk menghindari terjadinya vortax

shedding adalah sebesar 25,89 m.

d. Tegangan kritis buckling sebesar 926,067 N/m2, sehingga diperoleh

kedalaman laut maksimal agar tidak terjadinya kegagalan sebesar 92,1 m.

(kondisi aman, hc > href).


DAFTAR PUSTAKA

[1] Hossain, Sanwar. Pipeline Design and Constriction.

[2] Braskoro, dkk. ( 2004). From Shallow to Deep Implications for Offshore

Pipeline Design. Komunitas Migas Indonesia

[3] A.H.Muselli. (1981). Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods, p.6 . Penwell.

[4] General Electric. (n.d.). GE Infrastructure, Pipe Manufacturing. Retrieved 2011, from http://www.gepower.com/prod_serv/serv/pipeline/en/about_pipelines/pipe_mfg.htm.

[5] Boyun Guo, Dr. (et.al). (2005). Offshore Pipeline. In D. (Boyun Guo, Offshore Pipeline (p. 21). Elsevier.

[6] McAllister, E. W. (1992), “Pipeline Rules of Thumb Handbook 2nd ed”.,

Gulf Publishing Company, Texas

[7] A.H. Moselli. (1981). Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods. In

A. Moselli, Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods (p. 37).

Penwell.

[8] Engineer, A. S. (2007). ASME B.31.8, para.841.11. New York: American

Society of Mechanical Engineer

[9] W.F., S. (1989). Design of Thermal System 3rd edition, hal.148. Singapore:

McGraw-Hill

[10] Menon, Shashi (2005). Piping Calculation Manual. New York: Engineering

The McGraw-Hill Companies, Inc.


Documents

PERANCANGAN JARINGAN PIPA TRANSMISI GAS …lib.ui.ac.id/file?file=digital/20283482-S1057-Makbul Supena.pdf · perencanaan yang matang terhadap kebutuhan atau kapasitas distribusi